PLC在三相异步电动机控制中的应用毕业论文.doc

克拉玛依职业技术学院毕业设计题 目： PLC在三相异步电动机控制中的应用 专 业： 电子与电气工程系 班 级： 电气1331 学 号： 13030201 学生姓名： 迪力胡玛尔 指导教师： 叶晓燕 III摘 要 PLC是“Programmable Logic Controller (可编程序逻辑控制器)”的英文缩写,是采用微电脑技术制造的自动控制设备。它以顺序控制为主,回路调节为辅,能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能。PLC在三相异步电动机控制中的应用，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强、功能完善等优点长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需求。本文设计了三相异步电动机的PLC控制电路， 主要研究了异步电动机的-减压起动、正反转以及反接制动的继电器控制，画出及其相应的输入输出接线图，根据继电器控制电路图作出PLC控制梯形图，最后给出控制指令。关键词：PLC；三相异步电动机；继电器目 录引言11、PLC基础21.1 PLC的定义21.2 PLC与继电器控制的区别21.3 PLC的工作原理21.4 PLC的应用分类31.5 PLC选型42 三相异步电动机的-减压起动控制52.1三相异步电动机的-减压起动控制52.1.1三相异步电动机-减压起动控制52.1.2三相异步电动机-减压起动的继电器控制52.1.3 三相异步电动机-减压起动的PLC控制62.2 三相异步电动机正反转的PLC控制92.2.1 三相异步电动机正反转的继电器控制92.2.2 三相异步电动机正反转PLC控制102.3 三相异步电动机的反接制动控制122.3.1 三相异步电动机的反接制动的继电器控制122.3.2 三相异步电动机反接制动控制接线图143控制系统设计163.1操作线路图163.1.1操作步骤163.1.2梯形图及程序173.1.3PLC输入/输出接线图18结论19参考文献20致谢21I克拉玛依职业技术学院课程设计引言三相异步电动机的应用几乎涵盖了农业生产和人类生活各个领域，在这些应用领域中，三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。 在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。 本系列的控制是采用PLC的编程语言梯形语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工作环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。进入20世纪80年代，由于计算机计数和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使的PLC的功能日益增强。PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超出其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩大了PLC的功能，使其具有很强的的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。11、PLC基础 1.1 PLC的定义可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1.2 PLC与继电器控制的区别1.控制方式继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。 2.控制速度继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。 3.延时控制继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。1.3 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一)输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（二)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。(三)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。1.4 PLC的应用分类目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为几类。1.开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.5 PLC选型我们在学校学过的是三菱FX2n系列PLC和西门子S7-300。原来的试验装置是维电器来控制三相异步电动机来实现点动、顺序启动、正反转、顺序延时启动等动作，为了克服维电器的缺点，提高装置的利用率，我们改用可编程控制器来控制三相异步电动机。根据这套西门子S7-300装置的控制对象，来确定可编程控制器的输入/输出点数这套装置的输入点为4个，输出为2个考虑还应留的余量，为了后面的方便，选用总输入/输出点数为20个。其次从输入输出电压考虑，由于这套装置输入端要接继电器线图，让它来控制点击的动作，确保三相异步电动机能正常工作，所以输出电压作为可编程控制的一个重要依据。 2 三相异步电动机的-减压起动控制2.1三相异步电动机的-减压起动控制2.1.1三相异步电动机-减压起动控制 三相笼型异步电动机具有结构简单、价格便宜、坚固耐用、维修方便等优点，因而获得了广泛的应用。它的起动控制有直接（全压）起动和减压起动两种方式。对于较大容量的笼型异步电动机（大于10KW），其起动电流较大，一般采用减压起动的方式动。 减压起动是利用某些设备或者采用电动机定子绕组换接的方法，降低起动时加在电动机定子绕组上的电压，而起动后再将电压恢复到额定值，使之在正常电压下运行。2.1.2三相异步电动机-减压起动的继电器控制 星形-三角形减压起动用于定子绕组在正常运行时接为三角形的电动机。在电动机起动时将定子绕组接成星形，实现减压起动。正常运转时再换接成三角形接法。图2.1中主电路通过三组接触器主触点将电动机的定子绕组接成三角形或星形，即KM1、KM3主触点闭合时，绕组接成星形；KM1、KM2主触点闭合时，接为三角形。电路的工作过程：先接通三相电源开关Q。 2.1.3 三相异步电动机-减压起动的PLC控制星形-三角形减压起动用于定子绕组在正常运行时接为三角形的电动机。在电动机起动时将定子绕组接成星形，实现减压起动。正常运转时再换接成三角形接法。有电工基础知识可知，星形连接时起动电流仅为三角形连接时的1/3，相应的起动转矩也是三角形连接时的1/3。 输入 输出停止按钮SB1:X0 KM1:Y0起动按钮SB2:X1 KM2:Y1 接触器FR:X2 KM3:Y2接触器 图2.3 减压起动梯形图对应的指令如下表： 表1.1 三相异步电动机的-减压起动的指令语句表2.2 三相异步电动机正反转的PLC控制因为三相异步电动机的转动方向是由旋转磁场的方向决定的，而旋转磁场的转向取决于定子绕组中通入三相电流的相序。因此，要改变三相异步电动机的转动方向非常容易，只要将电动机三相供电电源中的任意两相对调，这时接到电动机定子绕组的电流相序被改变，旋转磁场的方向也被改变，电动机就实现了反转2.2.1 三相异步电动机正反转的继电器控制 在没有按下停止按钮SB3且热继电器FR没有动作的情况下，X000和X003触点均为闭合状态。此时按下正向起动按钮SB1，输入继电器X001动合触点闭合，输出继电器Y000线圈得电并自锁，接触器KM1得电吸合，电动机正转；与此同时，Y000的动断触点断开Y001线圈的驱动回路,KM2不能吸合，实现了电气互锁。按下反向起动按钮SB2时，X002动合触点闭合，Y001线圈得电并自锁，接触器KM2得电吸合，电动机反转；与此同时，Y001的动断触点断开Y000线圈的驱动回路，KM1不能吸合，实现电气互锁。停机时按下按钮SB3，X000动断触点断开；过载时热继电器FR动作，X003触点断开，这两种情况都使得Y000、Y001线圈失电，进而使KM1、KM2失电释放，电动机停转。图3.1 电动机正反转继电器控制图2.2.2 三相异步电动机正反转PLC控制输入 输出SB1：X1 KM1：Y0SB2：X2 KM2：Y1SB3：X0FR：X3 SB1为正 SB2为反KM1为正转接触线圈KM2为反转接触线圈将PLC连上编程器并接通电源后，PLC电源指示灯亮，将编程器开关打到“PROGRAM”位置，这时PLC处于编程状态。编程器显示PASSWORD!这时依次按Cltr键和Montr键，直至屏幕显示地址号0000，这时即可输入程序。在输入程序前，需清除存储器中内容，按照以上控制的梯形图或程序指令将控制程序写入PLC，当程序输入到PLC指令如下表对应的指令如下表：2.3 三相异步电动机的反接制动控制2.3.1 三相异步电动机的反接制动的继电器控制在生产过程中，有些设备电动机断电后由于惯性作用，停机时间拖得过长，导致生产率降低，还会造成停机位置不准确，工作不安全。为了缩短辅助工作时间、提高生产率和获得准确的停机位置，必须对电动机采取有效的制动措施。停机制动有两种类型：一是电磁铁操纵机械进行制动的电磁机械制动；二是电气制动，即电动机产生一个与转子原来的转动方向相反的转矩来进行制动。常用的电气制动有反接制动和能耗制动。反接制动就是通过改变异步电动机定子绕组中三相电源相序，产生一个与转子惯性转动方向相反的反向起动转矩而进行制动停转的。反接制动的关键在于将电动机三相电源相序进行切换，且当转速接近于零时，能自动将电源断开。主电路：接触器KM1用来控制电动机M正常运转，接触器KM2用来改变电动机M的电源相序。因为电动机反接制动电流很大，所以在制动电路中串接了降压电阻R，以限制反向制动电流。控制电路：由两条控制回路组成。一条是控制M正常运转的回路，另一条是控制M反向制动的回路。电路的起动过程：2.3.2 三相异步电动机反接制动控制接线图输入 输出SB1:X0 KM1:Y1 SB2:X1 KM2:Y2 FR:X2 KS:X3对应的指令如下表：3控制系统设计3.1操作线路图M1 电动机起动，M2才能起动，M2并能单独运行，两台电动机共同控制，顺序启动，这种电路常用于机床控制电路中。3.1.1操作步骤1、启动按下按钮SB2接触器 KM1线圈得点，接触器KM1主触头闭合 KM1自锁触头闭合，电动机M1转动。按下按钮SB4接触器 KM2线圈得点，接触器KM2主触头闭合 KM2自锁触头闭合 电动机M2转动 电动机M1继续转动。2、停止 按下按钮SB1 接触器KM1线圈失电，KM1主触头断开 自锁触头断开 电动机M1断开 电动机M2继续转动。按下按钮SB3 接触器KM2线圈失电，KM1主触头断开 KM1自锁触头断开 电动机M1停止。注意观察电动机的启动时各个接触器的动作情况，两台电动机不要反向。3.1.2梯形图及程序程序LD X0;OR Y0;ANI X2;OUT Y1;OUT T0; K50;LD T0;OR Y1;ANI X2;ANI X1;3.1.3PLC输入/输出接线图结论本文设计和制作了三相异步电动机的PLC控制系统，该控制系统主要以三相异步电机的减压起动、正反转、反接制动为主要研究对象，通过对他们的继电器控制电路的研究，从而分析使用PLC对他们进行自动控制。在减压起动中，只介绍了异步电动机的-的起动方式，一般容量小于10KV的电动机常用直接起动。有时为了减小起动是对机械设备的冲击，对允许直接起动的电动机也采用减压起动，其方法还有定子绕组串电阻、延边三角形和自耦变压器起动等。但以上几种减压起动方式一般只用于空载或轻载起动。在大型设备中，多台电动机拖动的设备上，常需要电动机按先后顺序工作，通过对三相异步电动机的正反转PLC控制学习后，对研究两台电动机顺序起动控制有了一定的经验。通过概述使大家充分了解了该控制系统的原理与功能。介绍三相异步电动机的PLC控制的设计原理，从对三相异步电动机的PLC控制现象中发现了存在许多问题，通过对系统的检测来判断程序的是否可用，并且从数学角度分析了PLC与三相异步电动机控制的关系。通过本次电路的设计，我对三相异步电动机的PLC控制系统原理有了进一步的了解，在三相异步电动机的PLC控制分析中产生了浓厚的兴趣，提高了本人对PLC的分析和运用能力，由于本人水平有限，对其中的原理和实际操作方法有待深入的学习研究和提高。参考文献1黄净.电气控制与可编程序控制器.北京：机械工业出版社.2009.82李增国.电子技术.北京：北京航空航天大学出版社.2009.23杨荣昌.电工基础.北京：中国农业出版社.2004.54俞果亮.PLC原理与应用.清华大学出版社.2006.95张凤珊.电器控制及可编程控制器.北京：中国轻工业出版社.20016王兆义.可编程控制器使用技术.北京：机械工业出版社，2004 7陈在平.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京：机械工业出版社，20038王红.可编程控制器使用教程北京：电子工业出版社，2003 9宋德玉主编.可编程序控制器原理及应用系统设计技术.北京：冶金工业出版社，2001致谢此次毕业实习、毕业设计撰写过程中，得到了多位老师、同学、朋友的关心、指导和帮助。入学以来，各位老师一直以来的辛勤工作和教诲使我能顺利地度过这难忘的三年，使我在综合素质提高、专业理论知识学习和实践工作能力等各方面受益匪浅。21